汽车ECU的虚拟化技术(四) -- 对MCU虚拟化实现难点的思考

[2.1 VMs部署到物理内核上的实现方式](#2.1 VMs部署到物理内核上的实现方式)

[2.2 VM调度机制](#2.2 VM调度机制)

1.OEM面临的难点

为什么汽车ECU在逐渐倡导虚拟化，主要原因是整车电子电气架构从分布式往集中式演进，OEM希望将以前多个ECU的功能聚合到一个ECU中；

并且近几年国际大厂推出的MCU性能越来越强大，从硬件层面有了实现虚拟化的基础。不过光有硬件还不行，软件也得跟上；因此，除了在功能层面上面的软件实现，现有又新增了对虚拟化的软件实现需求。

在此之前，OEM在整合多个供应商软件时候，都是以单个大功能（如BMS）独享整个MCU资源为前提；

现在突然要将这些软件功能放到一个ECU，共享MCU的资源，同时还要保证功能的隔离和资源不会冲突，想想头都大了。

我们以最粗暴的方式来形容这个过程，以前做集成的时候，会把Bootloader和App两个hex文件合成一个完整hex，然后刷进ECU里，

现在就是要把这些不同功能的hex文件合并成一个大的hex文件，刷进高性能的MCU里，如下图：

假设MCU里面只有三个核，但是有5个不同类别的应用需要集成；为实现功能隔离、资源共享，借鉴座舱系统SOC的Hypervisor思想，如果能在MCU应用一二，也就可以实现上述要求，如下图：

因此个人认为，Hypervisor软件是实现电子电气架构演进的关键路径。

据调研，目前市面上对于CP AUTOSAR下的虚拟化解决方案有Vector的veHypervisor、ETAS的RTA-HVR、EB的Embedded Hypervisor，不过应该都还达不到量产阶段。

据目前的资料整理，当前基于MCU的Hypervisor均属于Type-1，即Hypervisor直接运行在MCU裸板上。Type-1和Type2区别如下：

在Type-1 hypervisor下可以布局的方案如下图：

一般来说，Hypervisor是需要运行在最高异常等级下，例如R52内核MCU就需要hypervisor在EL2等级运行，英飞凌TC1.8更直接，直接就提供了名为hypervisor的运行模式。

那么这就引出了第一个问题：VMs部署到物理内核上的实现方式？

我们还是以上图为例，假设Power Control这个虚拟ECU（下文称VM）在最初设计时就需要两个内核来处理通信任务和高实时性任务，这就会和BCM VM或者Gateway VM至少共享一个物理内核，因此在布局上就可以如下图所示：

那么部署成功后，每个VM占用物理内核的调度应该是怎么样的呢？

根据英飞凌官网介绍，目前主要有两类的调度机制：固定优先级和时间切片；如下图：

固定优先级：高优先级可以抢占低优先级的VM

时间切片调度：每个VM在固定的时间槽内占用物理内核

从实现角度来说，使用固定的时间切片看起来比较容易实现。

假设有4个VM，占用一个物理内核的时间片分别为100us、200us、300us和400us；这样刚好就能简单组成一个完整的调度周期为1ms。

调度没有问题了，那如果这期间产生了中断，又该如何处理？

本文主要讲解了OEM面临新的电子电气架构下的集成难点，引入了hypervisor以及VM调度机制，下一篇我们将继续讲VM之间的通信、中断处理、在safety和security上面的思考